專利名稱：一種數(shù)字菲涅耳消除相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的消除方法，屬于光信息處理技術(shù)。
背景技術(shù)：
空間光調(diào)制器(Spatial Light Modulator, SLM)是一種在信號源的控制下，能對 光波的某個參量進行調(diào)制的器件，例如通過吸收調(diào)制振幅，通過折射率調(diào)制相位，通過偏振 面的旋轉(zhuǎn)調(diào)制偏振態(tài)等。它有效地利用了光的并行、互聯(lián)和高速的處理能力，使之能夠?qū)崟r 地在空間上調(diào)制光束，成為實時光學(xué)信息處理等系統(tǒng)的核心部件，在現(xiàn)代光學(xué)領(lǐng)域中具有 越來越重要的地位和價值，它是光學(xué)、光電混合系統(tǒng)進行光互連、光學(xué)相關(guān)、光計算、模式識 別、光學(xué)控制、光學(xué)檢測、圖像處理、顯示技術(shù)等研究中的基本構(gòu)件和關(guān)鍵器件。按SLM的調(diào)制方式，主要分成兩類，一類是振幅調(diào)制型，一類是相位調(diào)制型。振幅 調(diào)制型SLM是通過其透射率或反射率的變換調(diào)制入射光波的振幅，主要用于光開關(guān)、濾波 和光學(xué)相關(guān)等應(yīng)用。而SLM之所以在能夠在光信息處理中愈來愈受到重視，應(yīng)用越來越廣， 主要是因為它能夠?qū)崿F(xiàn)相位調(diào)制，它可以把圖像的強度變化變成SLM的折射率變化，從而 調(diào)制相位。這樣無法直接用強度來表征的相位可以用一副強度圖像的方式通過SLM實現(xiàn)相 位調(diào)制的作用。因此，廣泛的光信息處理系統(tǒng)，尤其是一些最新的技術(shù)，例如計算全息、衍射 光學(xué)元件、光束整形、光鑷等等都是使用相位型空間光調(diào)制?？臻g光調(diào)制器通常是由單個分離像素組成，可以獨立控制每個像素的變化，從而 實現(xiàn)對光波面以像素為單位的調(diào)制。一副用于調(diào)制光波的數(shù)字圖像寫入SLM，這時SLM會顯 示這幅圖像，入射光波經(jīng)過SLM時，會受到空間調(diào)制。但由于每個像素周圍均需電極包圍， 會在SLM上形成縱橫交錯的不透光區(qū)域，使得但該器件呈二維周期性柵格結(jié)構(gòu)排列。光波 經(jīng)這種二維光柵式的結(jié)構(gòu)發(fā)生衍射，會帶來兩個問題中心亮斑和多級衍射像，尤其是中心 亮斑，由于能量高度集中，其強度遠(yuǎn)高于其他衍射級。把這種現(xiàn)象稱為空間光調(diào)制器的“黑 柵效應(yīng)”?！昂跂判?yīng)”是SLM所固有的一種現(xiàn)象，即使在未向SLM寫入任何圖像時也會存在， 而當(dāng)寫入調(diào)制圖像時，則寫入圖像的衍射像的中心和中心亮斑重合，其高級衍射像的中心 同樣也會和空間光調(diào)制器的高級衍射亮斑重合，而使得在接收面上的圖像的中心始終和空 間光調(diào)制器固有的多級衍射亮斑耦合在一起無法分開，造成衍射像的質(zhì)量嚴(yán)重下降，甚至 無法使用。這種效應(yīng)影響了空間光調(diào)制器的應(yīng)用，為空間光調(diào)制器的應(yīng)用帶來極為不利的 影響，使得空間光調(diào)制器在光信息處理中的應(yīng)用受到了很大限制。因此，尋求一種能夠抑制黑柵效應(yīng)的方法，對空間光調(diào)制器在光信息處理中的應(yīng) 用具有重要價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠消除相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的方法，該方法提高了空間光調(diào)制器的相位調(diào)制性能。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以實現(xiàn)的它通過在相位調(diào)制圖上疊加數(shù)字菲涅耳 透鏡，利用菲涅耳透鏡的聚集作用使得相位調(diào)制圖的衍射像與黑柵的衍射像成像位置發(fā)生 分離，以克服空間光調(diào)制器的黑柵效應(yīng)，其特征在于包括以下過程入射光波被起偏器，變 換為線偏振光，該線偏振光入射到空間光調(diào)制器的受光面，空間光調(diào)制器工作在相位調(diào)制 的狀態(tài)下，空間光調(diào)制器后面放置一個檢偏器，調(diào)整起偏器和檢偏器的偏振軸的夾角角度， 使空間光調(diào)制器工作在相位調(diào)制狀態(tài)，且經(jīng)檢偏器透射出的光強不隨相位調(diào)制度的大小而 變化；在用于調(diào)制入射光波的相位調(diào)制圖上疊加一個數(shù)字菲涅耳透鏡，將疊加后的相位調(diào) 制圖寫入空間光調(diào)制器，光波受菲涅耳透鏡的折射，在菲涅耳透鏡焦平面上能夠接收到相 位調(diào)制圖所對應(yīng)的衍射像，調(diào)節(jié)數(shù)字菲涅耳透鏡的焦距以在不同位置接收觀察到相位調(diào)制 圖衍射成像的結(jié)果；空間光調(diào)制器的二維周期性柵格結(jié)構(gòu)并未受到數(shù)字運算的任何影響， 在所加入的數(shù)字菲涅耳透鏡的焦平面位置上，沒有形成“黑柵效應(yīng)”，黑柵衍射的光波傳播 到此，根據(jù)菲涅耳衍射的效應(yīng)僅形成一個均勻的背景光，使得接收到的衍射像的背景較亮， 從而使得相位調(diào)制圖的衍射像與黑柵的衍射像在沿光軸的方向完全分開，以消除“黑柵效 應(yīng)”的影響，改善空間光調(diào)制器的調(diào)制性能。在相位調(diào)制圖寫入SLM之前先在它上面疊加一個由計算機計算生成的數(shù)字菲涅 耳透鏡，在加入的菲涅耳透鏡的焦平面上觀察衍射成像的結(jié)果。由于菲涅耳透鏡的會聚作 用，相位調(diào)制圖所對應(yīng)的衍射像在其焦平面上成像，菲涅耳透鏡對空間光調(diào)制器的“黑柵效 應(yīng)”沒有影響，因此在其焦平面上“黑柵效應(yīng)”，即中心亮斑和高級衍射像，尚未形成，黑柵帶 來的影響只是形成一個比較均勻的背景光，它僅會對相位圖衍射像的比度產(chǎn)生影響，其帶 來的不利影響遠(yuǎn)小于中心亮斑。一種利用數(shù)字菲涅耳透鏡消除相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的裝置，其特征在 于該裝置由下列結(jié)構(gòu)構(gòu)成光源(201)產(chǎn)生入射光波，入射光波經(jīng)過第一透鏡(202)，第 二透鏡(203)后，入射光波被擴束成平行光束；平行光束經(jīng)過起偏器(204)變換為線偏振 光，該線偏振光經(jīng)過透射式空間光調(diào)制器(205)，該空間光調(diào)制器對該線偏振光執(zhí)行相位調(diào) 制，被調(diào)制的光束經(jīng)過檢偏器(206)，入射到圖像探測器(207)，其成像被圖像探測器(207) 檢測；中央處理器(208)接收輸入的相位調(diào)制圖并在相位調(diào)制圖上疊加數(shù)字菲涅耳透鏡， 利用菲涅耳透鏡的會聚作用使得相位調(diào)制圖的衍射像與黑柵的衍射像成像位置分離，在被 疊加了數(shù)字菲涅耳透鏡的相位調(diào)制圖的衍射像位置接收成像，黑柵衍射的光波傳播在此位 置，僅形成一個均勻的背景光，使得接收到的衍射像的背景較亮，從而消除“黑柵效應(yīng)”的影 響。而數(shù)字菲涅耳透鏡對SLM的二維周期性的結(jié)構(gòu)并沒有任何影響，“黑柵效應(yīng)”仍會 存在，但“黑柵效應(yīng)”是SLM固有二維周期結(jié)構(gòu)的夫瑯禾費衍射的結(jié)果，因此在菲涅耳透鏡 的焦平面上，“黑柵效應(yīng)”還未形成，黑柵衍射的光波傳播到在此位置僅僅會形成一個較為 均勻的背景光，使得接收到的衍射像的背景比較亮，降低了圖像對比度，但它所帶來的不利 影響遠(yuǎn)小于黑柵效應(yīng)所帶來的中心亮斑，因此這種方法很好的克服了空間光調(diào)制器的“黑 柵效應(yīng)”。上述的空間光調(diào)制器可以是透射式，也可以是反射式，如果是反射型SLM，可以通 過一塊分光棱鏡，也使SLM工作在正入射的狀態(tài)。正入射的工作狀態(tài)不是必須條件，目的只是組成共軸的光學(xué)系統(tǒng)，便于調(diào)節(jié)。上述的數(shù)字菲涅耳透鏡由計算機產(chǎn)生，它可根據(jù)實際光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計需求很方便 地改變焦距等光學(xué)參數(shù)，計算機生成后，直接疊加到相位調(diào)制圖即可。與已有的發(fā)明和技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點它通過在相位調(diào)制圖上疊加數(shù)字菲涅耳透鏡，利用菲涅耳透鏡的聚集作用，使得 相位調(diào)制圖所對應(yīng)的衍射成像與空間光調(diào)制器黑柵所對應(yīng)的衍射像在光軸方向發(fā)生分立， 從而消除了相位型空間光調(diào)制器的“黑柵效應(yīng)”。該技術(shù)所用的數(shù)字菲涅耳透鏡由計算機計 算產(chǎn)生并疊加到相位調(diào)制圖，此過程完全由計算機來自動完成，并且透鏡的尺寸、焦距等光 學(xué)參數(shù)都在數(shù)字域改變，通過設(shè)置由計算機完成，在消除了相位型空間光調(diào)制器的黑柵效 應(yīng)的同時，不用額外的傅里葉透鏡或濾波器等裝置，結(jié)構(gòu)簡單。


圖1空間光調(diào)制器物理結(jié)構(gòu)示意圖。其中白色區(qū)域表示透光部分，黑色區(qū)域表示 不透光部分。圖2數(shù)字菲涅耳消除黑柵效應(yīng)的原理示意圖。圖3空間光調(diào)制器菲涅耳衍射和夫瑯禾費衍射強度對比曲線。其中虛線為菲涅耳 衍射強度曲線，實線為夫瑯禾費衍射強度曲線。圖4是透射式空間光調(diào)制器工作原理示意圖。圖5是反射式空間光調(diào)制器工作原理示意圖。圖6是空間光調(diào)制器加入數(shù)字菲涅耳透鏡前的衍射成像結(jié)果。圖7是空間光調(diào)制器加入數(shù)字菲涅耳透鏡后的衍射成像結(jié)果。圖8是空間光調(diào)制器在加入不同焦距的數(shù)字菲涅耳透鏡后的實施例。圖中101為初始的相位調(diào)制圖，102為理想情況下所對應(yīng)的衍射像，103為在空間 光調(diào)制器黑柵效應(yīng)影響下的衍射像，104為數(shù)字菲涅耳透鏡，105為加入數(shù)字菲涅耳透鏡后 的衍射像。圖中201為光源，202為透鏡一，203為透鏡二，204為起偏器，205為透射式空間光 調(diào)制器，206為檢偏器，207為圖像探測器，208為中央處理器，209為分光棱鏡，210為反射式 空間光調(diào)制器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對技術(shù)方案的實施作進一步的詳細(xì)描述。附圖1是空間光調(diào)制器的物理結(jié)構(gòu)示意圖，白色區(qū)域表示透光部分，也代表了每 個像素；黑色區(qū)域表示不透光部分，這種固有的物理結(jié)構(gòu)使得SLM呈現(xiàn)一種二維柵格的結(jié) 構(gòu)。SLM的黑柵效應(yīng)的影響主要在夫瑯禾費衍射區(qū)，因此黑柵效應(yīng)可以看作是二維柵格的夫 瑯禾費衍射，其在透鏡焦距的傅里葉頻譜面上的夫瑯禾費衍射場可以看作是矩孔陣列的傅 里葉變換。定義SLM上的行方向坐標(biāo)為fx，列方向坐標(biāo)為fv，w為SLM的像素中心之間間距，
w0為SLM的像素開口寬度，每個像素的透射率函數(shù)為一
<formula>formula see original document page 6</formula>
，整個M行N列的SLM的透射率函數(shù)為
fx -fy )，黑柵的透射率函數(shù)T (fx，f￥)
Mw0 Nw0
T(fx,/y、= f±_^^/^
m=0n=0
=rect{
fx fy
Mw0 Nw0 ‘
w
f
rect
ll
v W W J
comb
'wo
⑴
在平面波ujf；，fy)照射下，平面波和黑柵透射率函數(shù)相乘的復(fù)振幅分布為 H(fx,fy) = T(fx,fy)xU0(fx,fy)
=recti；
L fy
“1 -^■rect(L O combfx fy<w w ^w0)
x exp(jkz)
(2)
Mw0 NWQ ‘
在傅里葉頻譜面上的夫瑯禾費衍射圖樣為0(x,y)^ F{H(fx,fy)\= F{T(fx,fy)\ Fp0{fx,fy)}^t(x,y)^O0(x,y)其中， t(x,y) = F{T(fx,fy)}
(3)
Mw0 Nw0
1
wn
-rect
fx fy
v W W y
comb
fx
W0J
(4)= MNwlw1 sin c(Mw0x) sin c(Nw0y) <8> [sin c(wx) sin c{wy) x comb{w0x)comb{wi;sy)\通過公式(l)-(4)的理論推導(dǎo)，SLM上的二維柵格對入射平面波在傅里葉頻譜面 上的夫瑯禾費衍射圖樣有卷積調(diào)制。這是由SLM物理結(jié)構(gòu)決定，不論輸入任何信息，這種效 應(yīng)都會存在。但既然黑柵效應(yīng)是夫瑯禾費衍射的結(jié)果，如果在近場觀察或接收，則相位調(diào)制 圖和黑柵的衍射像多以菲涅耳衍射的形式傳播了一段距離，此時如果在初始的相位調(diào)制圖 中疊加一個數(shù)字菲涅耳透鏡，在其焦平面上會觀察到相位調(diào)制圖所對應(yīng)的衍射像，而此時 黑柵效應(yīng)尚未形成。因此，一種利用數(shù)字菲涅耳透鏡來消除SLM黑柵效應(yīng)的辦法其原理圖 如附圖2所示。附圖2是通過相位補償來消除黑柵效應(yīng)的原理示意圖。相位調(diào)制圖101在理想情 況下所對應(yīng)的衍射成像結(jié)果如102所示，當(dāng)把相位調(diào)制圖101寫入空間光調(diào)制器205、210 后，由于空間光調(diào)制器205、210的黑柵效應(yīng)，此時衍射成像的結(jié)果為103所示，如圖，黑柵效 應(yīng)造成了中心亮斑和高級衍射像與有效光信息耦合在一起無法分開。本發(fā)明在相位調(diào)制圖 101寫入空間光調(diào)制器205、210之前，首先疊加一個數(shù)字菲涅耳透鏡104，這時衍射像在透 鏡的后焦面上場分布為U' f (x，y)為
U^^y2)) ,Q *cr(
U'f (x,y) = ~—~ ]]U
■J^XxyX+y^y))
dxxdyx
？ 5
rv 其中U(Xl，yi)為輸入的相位調(diào)制圖，(Xl，yi)為輸入面坐標(biāo)，(x,y)為輸出面坐標(biāo)， 入為波長，f為焦距。則由(5)式可知，在焦平面的場分布是入射到菲涅耳透鏡上的場的夫 瑯禾費衍射圖樣。此時黑柵在菲涅耳透鏡的后焦面上場分布為Uf" (x, y)
7
<formula>formula see original document page 8</formula>其中U' (Xl，Yl)為空間光調(diào)制器的函數(shù)，由(6)式可知，黑柵在菲涅耳透鏡的焦 平面的場分布為其菲涅耳衍射圖樣。如附圖3所示，計算模擬的空間光調(diào)制器在菲涅耳透 鏡的焦平面上的菲涅耳衍射強度和其夫瑯和費衍射強度分別表示為虛線和實線，顯示在同 一坐標(biāo)系下。從附圖3可以看到菲涅耳透鏡的焦平面位置的衍射場，其強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于夫瑯 禾費衍射的強度，并可近似的認(rèn)為其光強分布是均勻的，為觀察或接收面上的一個背景光 強，此時的效果如附圖2中105所示，接收到的圖像背景較亮，但不會出現(xiàn)嚴(yán)重的中心亮斑 問題。所加入的數(shù)字菲涅耳透鏡的相位因子為6即[_]_31/^€0^2+712)]，把它作為相位補 償模板104，與原來的相位調(diào)制圖101所對應(yīng)的相位因子相乘，疊加后的結(jié)果105寫入SLM。 其中透鏡焦距的取值范圍取決于兩個要素一是焦距大小要確?？臻g光調(diào)制器的二維柵格 的衍射滿足菲涅耳衍射的近似條件，即不能因焦距太大而接近夫瑯禾費遠(yuǎn)場衍射的距離； 二是抽樣對菲涅爾透鏡最小焦距的限制，因為該相位因子的最大空間頻率隨焦距的減小而 增大，焦距太小，會導(dǎo)致不滿足抽樣定理。首先從傳播距離考慮。當(dāng)菲涅耳衍射成立時，f需滿足<formula>formula see original document page 8</formula>⑵夫瑯和費衍射近似條件為 fh>>1/2y(x21+y21)max(8)則焦距取值范圍要在4與4之間。從滿足抽樣定理考慮，設(shè)空間光調(diào)制器抽樣間 隔(或像素大小)為d，像素數(shù)為NXN，則菲涅耳透鏡函數(shù)在空間光調(diào)制器上的最大空間頻 率為
Nd￡max = ND/YF(9)根據(jù)抽樣定理，抽樣間隔需小于抽樣函數(shù)的最大空間頻率的倒數(shù)，即d彡1/ ￡ _， 由此得出對透鏡焦距的限制條件為
Nd1fc≥ND2/2Y(10)因此，數(shù)字菲涅耳透鏡焦距最大值要小于fh，最小值則要選取4和f。中的較大者。按照上述方法，實現(xiàn)相位型空間光調(diào)制器的黑柵效應(yīng)抑制的系統(tǒng)主要包括光源、 空間光調(diào)制器、起偏器和檢偏器、空間濾波器、圖像探測器和中央處理器。所說的光源可以 是相干光源或部分相干光源；所說的空間光調(diào)制器可以是反射式，也可以是透射式；所說 的起偏器和檢偏器是一對偏振器件，主要作用是保證空間光調(diào)制器的相位調(diào)制狀態(tài)；所說 的圖像探測器可以是CCD器件或CMOS器件；所說的中央處理器是數(shù)字信號處理器與可編程 專用集成電路的組合，可以是計算機，也可以是嵌入式系統(tǒng)。其特征在于，中央處理器計算 產(chǎn)生的相位調(diào)制圖疊加數(shù)字菲涅耳透鏡后寫入空間光調(diào)制器，在入射光波的照射下發(fā)生衍 射，在數(shù)字菲涅耳透鏡所對應(yīng)的焦平面上用圖像探測器接收，再經(jīng)中央處理器存儲和顯示成像結(jié)果。下面結(jié)合附圖對實施例作進一步的描述。附圖4是透射式空間光調(diào)制器工作原理示意圖。如圖所示，光源201輸出的光波 經(jīng)202透鏡一和203透鏡二組成的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)擴束準(zhǔn)直，通過起偏器204使得光波以線 偏光入射到透射式空間光調(diào)制器205，光波經(jīng)過透射式空間光調(diào)制205后，再經(jīng)過一片檢偏 器206，起偏器204和檢偏器206的作用是確保入射光波為線偏光，并且在線偏光入射的情 況下透射式空間光調(diào)制器205工作在相位調(diào)制狀態(tài)。中央處理器208計算產(chǎn)生或者把已存 儲的相位調(diào)制圖疊加數(shù)字菲涅耳透鏡后寫入透射式空間光調(diào)制器205，并接收和顯示由圖 像探測器207傳輸過來的衍射成像結(jié)果。附圖5是反射式空間光調(diào)制器工作原理示意圖。如圖所示，光源201輸出的光波 經(jīng)202透鏡一和203透鏡二組成的擴束準(zhǔn)直系統(tǒng)擴束準(zhǔn)直，通過起偏器204使得光波以線 偏光入射到分光棱鏡209后被分成兩束，其中透射光束經(jīng)反射式空間光調(diào)制器210調(diào)制反 射后，再經(jīng)過分光棱鏡209反射，入射到檢偏器206。中央處理器208計算產(chǎn)生或者把已存 儲的相位調(diào)制圖疊加數(shù)字菲涅耳透鏡后寫入反射式空間光調(diào)制器210，并接收和顯示由圖 像探測器207傳輸過來的衍射成像結(jié)果。附圖6是空間光調(diào)制器加入數(shù)字菲涅耳透鏡前的衍射成像結(jié)果。其中(a)是原始 圖像，(b)是計算得到的(a)圖相應(yīng)的衍射光學(xué)元件相位圖，(c)是(b)圖直接寫入SLM后， 衍射成像的結(jié)果，由于黑柵效應(yīng)的存在，很明顯可看到中心亮斑。附圖7是空間光調(diào)制器加入數(shù)字菲涅耳透鏡后的衍射成像結(jié)果。其中(a)是對附 圖6(b)疊加數(shù)字菲涅耳透鏡后的圖像，(b)是(a)圖寫入SLM后衍射成像的結(jié)果，很明顯 中心亮斑已經(jīng)消除，黑柵的影響僅僅是使得圖像的背景較亮，和附圖6(c)相比，顯著改善 了空間光調(diào)制器的調(diào)制性能。附圖8是空間光調(diào)制器加入不同焦距的數(shù)字菲涅耳透鏡后的結(jié)果。加入的數(shù)字菲 涅耳透鏡大小為512X512像素，像素間隔d為19 ym，激光器的光波長為532nm，根據(jù)公式 (7) (10)，計算得焦距f取值范圍在0.2 45m之間，這是理論計算的適用范圍，結(jié)合實 際使用情況，典型的取值一般只要滿足大于最小取值，并方便觀察或成像即可，焦距太大， 隨著衍射距離的變大會使“黑柵效應(yīng)”逐漸增強，影響成像質(zhì)量。實施例中取焦距f分別為 300mm, 350mm, 400mm, 450mm, 500mm,分別對應(yīng)圖(a)、(b)、(c)、(d)、(e)。在其焦平面上觀察 再現(xiàn)像，從圖中看出，由于在本發(fā)明中不使用傅里葉透鏡，所以黑柵現(xiàn)象只能在夫瑯禾費遠(yuǎn) 場衍射形成，對不同焦距的數(shù)字菲涅耳透鏡，相位調(diào)制圖所對應(yīng)的成像結(jié)果均很清晰。
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權(quán)利要求
一種消除相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的方法，其特征在于通過在相位調(diào)制圖上疊加數(shù)字菲涅耳透鏡，利用菲涅耳透鏡的聚集作用使得相位調(diào)制圖的衍射像與黑柵的衍射像成像位置分離，以克服空間光調(diào)制器的黑柵效應(yīng)，其特征在于包括以下過程入射光波被起偏器，變換為線偏振光，該線偏振光入射到空間光調(diào)制器的受光面，空間光調(diào)制器工作在相位調(diào)制的狀態(tài)下，空間光調(diào)制器后面放置一個檢偏器，調(diào)整起偏器和檢偏器的偏振軸的夾角角度，使空間光調(diào)制器工作在相位調(diào)制狀態(tài)，且經(jīng)檢偏器透射出的光強不隨相位調(diào)制度的大小而變化；在用于調(diào)制入射光波的相位調(diào)制圖上疊加一個數(shù)字菲涅耳透鏡，將疊加后的相位調(diào)制圖寫入空間光調(diào)制器，光波經(jīng)數(shù)字菲涅耳透鏡的聚集，在菲涅耳透鏡焦平面上能夠接收到相位調(diào)制圖所對應(yīng)的衍射像，調(diào)節(jié)數(shù)字菲涅耳透鏡的焦距以在不同位置接收觀察到相位調(diào)制圖衍射成像的結(jié)果；空間光調(diào)制器的二維周期性柵格結(jié)構(gòu)不受數(shù)字運算的影響，在所加入的數(shù)字菲涅耳透鏡的焦平面位置上，還沒有形成“黑柵效應(yīng)”，二位柵格衍射的光波傳播到該位置，因為菲涅耳衍射的效應(yīng)僅形成一個均勻的背景光，使得接收到的衍射像的背景較亮，這樣使得相位調(diào)制圖的衍射像與黑柵的衍射像在沿光軸的方向完全分開，以消除“黑柵效應(yīng)”的影響，改善空間光調(diào)制器的調(diào)制性能。
2.如權(quán)利要求1所述的消除相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的方法，其特征在于利用 數(shù)字菲涅耳透鏡自身的作用，完成相位調(diào)制圖在焦平面上的衍射成像，而不使用額外的傅 里葉透鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的消除相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的方法，其特征在于上述 的空間光調(diào)制器是透射式空間光調(diào)制器。
4.如權(quán)利要求1所述的消除相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的方法，其特征在于上述 的空間光調(diào)制器是反射式空間光調(diào)制器。
5.如權(quán)利要求1所述的消除相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的方法，其特征在于上述 的數(shù)字菲涅耳透鏡由計算機產(chǎn)生，它的光學(xué)參數(shù)均由計算機設(shè)置調(diào)整，計算機生成的數(shù)字 菲涅耳透鏡分布圖被直接疊加到相位調(diào)制圖。
6. 一種利用數(shù)字菲涅耳透鏡消除相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的裝置，其特征在于 該裝置由下列結(jié)構(gòu)構(gòu)成光源(201)產(chǎn)生入射光波，入射光波經(jīng)過第一透鏡(202)，第二透 鏡(203)后，入射光波被擴束成平行光束；平行光束經(jīng)過起偏器(204)變換為線偏振光，該 線偏振光經(jīng)過空間光調(diào)制器(205、210)，該空間光調(diào)制器對該線偏振光執(zhí)行相位調(diào)制，被調(diào) 制的光束經(jīng)過檢偏器(206)，入射到圖像探測器(207)，其成像被圖像探測器(207)檢測；中 央處理器(208)接收輸入的相位調(diào)制圖并在相位調(diào)制圖上疊加數(shù)字菲涅耳透鏡，利用菲涅 耳透鏡的會聚作用使得相位調(diào)制圖的衍射像成像位置與黑柵的衍射像成像位置分離，在被 疊加了數(shù)字菲涅耳透鏡的相位調(diào)制圖的衍射像位置接收成像，黑柵衍射的光波傳播在此位 置，僅形成一個均勻的背景光，使得接收到的衍射像的背景較亮，從而消除“黑柵效應(yīng)”對數(shù) 字菲涅耳透鏡的相位調(diào)制圖的影響。
7.如權(quán)利要求6所述的利用數(shù)字菲涅耳透鏡消除相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的裝 置，其特征在于上述的數(shù)字菲涅耳透鏡由計算機產(chǎn)生，它的光學(xué)參數(shù)均能夠由計算機設(shè)置 調(diào)整，計算機生成的數(shù)字菲涅耳透鏡分布圖被直接疊加到相位調(diào)制圖。
8.如權(quán)利要求6所述的消除相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的裝置，其特征在于利用 數(shù)字菲涅耳透鏡的作用，完成相位調(diào)制圖在焦平面上的衍射成像，不使用傅里葉透鏡。
9.如權(quán)利要求6所述的消除相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的裝置，其特征在于上述 的空間光調(diào)制器是透射式空間光調(diào)制器。
10.如權(quán)利要求6所述的消除相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的裝置，其特征在于上述 的空間光調(diào)制器是反射式空間光調(diào)制器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用數(shù)字菲涅耳透鏡消除相位型空間光調(diào)制器黑柵效應(yīng)的方法。該方法通過在相位調(diào)制圖上疊加數(shù)字菲涅耳透鏡，利用菲涅耳透鏡的光會聚集作用使得相位調(diào)制圖的衍射像與黑柵的衍射像位置分開，以克服空間光調(diào)制器的黑柵效應(yīng)。首先在相位調(diào)制圖上疊加數(shù)字菲涅耳透鏡，使得相位調(diào)制圖所對應(yīng)的有效光信息在菲涅耳透鏡的焦平面上成像，而此時黑柵效應(yīng)所造成的中心強亮斑和高級衍射亮斑的現(xiàn)象尚未形成，因此僅通過數(shù)字補償即實現(xiàn)了抑制相位型空間光調(diào)制器的黑柵效應(yīng)，提高了其在光信息處理中的實際應(yīng)用價值。
文檔編號G02B27/46GK101799590SQ201010136759
公開日2010年8月11日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者李 東, 田勁東, 齊海鷗 申請人:深圳大學(xué)